[科普中国]-扫描方式

显示器的扫描方式分为“逐行扫描”和“隔行扫描”两种。

简介逐行扫描比隔行扫描拥有列稳定显示效果。早期的显示器因为成本所限，使用逐行扫描方式的产品要比隔行扫描的贵许多，但随着技术进步，隔行扫描显示器现在已经被淘汰。目前，只有家用电视仍然采用隔行扫描方式。很多人都认为逐行扫描电视机的清晰度会比隔行扫描电视机提高了一倍，因为扫描线数比原来多了一倍，视频带宽也提高了好几倍，有一段时间1200行清晰度的逐行扫描电视机广告还大行其道。大家一定会明白了吧，这种认为结果是错误的。实际上，扫描频率虽然提高了一倍，但扫描线数并没有增加。因为隔行扫描的时候，每场扫描线数是312.5线，两场合起来为一帧，即一帧为625线，而逐行扫描电视机通过插行使帧频与场频相同，或把一帧信号（两个隔行场）存储下来，然后进行插帧，因此逐行扫描电视机每帧还是625线；视频带宽的提高，也难以抵消因行扫描频率提高所要求视频带宽的提高。1

逐行扫描概论逐行扫描电视比隔行扫描电视诞生时间早很多，世界上最早进行电视广播的时候都是采用逐行扫描电视制式，因为当时电视的清晰度非常低，并且只能广播黑白图像节目，节目内容也不丰富，大部分是文字广告和音乐之类内容。后来人们想把电影节目也搬到电视节目之中，此时才强烈感到电视机的清晰度不够，为此，电视台想出了一个新办法，只需在312根扫描线的后面加上半根扫描线，而电视机什么也不用动，图像清晰度就提高了一倍。为什么？这就是隔行扫描电视机的工作原理。

隔行扫描电视是从电影的工作原理中学来的，电影进行图像播放时每秒只播放24个图片，即24帧。但为什么人们都感不到图像闪烁呢，这里有一些猫腻的东西并不是人人皆知，原来电影在放映的时候每个镜头都要重复多放一次，即每秒48次。对比一下，这不是很像隔行扫描电视吗?

但为什么电影的帧频为24，而电视是25，并且就因为差这么一帧，使得每次要在电视上放电影时，都得要进行格式转换（多插一帧，即对某帧进行重播），而不把它们统一为25或24呢？电影不愿换成25帧的理由是，人们对每秒24帧已很满意，换成25帧会增加成本；电视不愿换成24的原因是电网交流电的频率为50Hz，如果换成其它场频，当受到如荧光灯之类的灯光调制的时候会出现差拍。由于大家都不愿意妥协，所以无法达成协议，只能和平共处。因此我们在看电视画面里中的电影的时候，总能看到多插的那一帧在闪烁。

扫描方式一幅图像如果分两次扫描，即分两场，第一场扫1、3、5……（单数行），称为奇数场，第二场扫2、4、6……（双数行），称为偶数场。奇数场和偶数场组合起来，就构成一幅完整的图像，这种扫描方式，通常叫隔行扫描。

下面介绍数字化彩电的几种扫描方式。

1、变频逐行扫描

为了提高电视图像的清晰度，如今生产的彩色电视机，均采用数字化处理技术，进行变频逐行扫描，它通过机内芯片将隔行扫描转化成逐行扫描，同时完成将场频50Hz转换成60Hz，这样可改善图像大面积闪烁，扫描行间闪烁及行结构线，使画面稳定无闪烁。

最新一些高端彩电，采用75Hz逐行扫描技术，将场扫描过度提升到最符合人眼视觉标准的每秒75幅图像，从而使画面更加稳定舒适、异常清晰。还有采用3元次逐行扫描技术，这种扫描方式将使用的隔行扫描信号转换成逐行扫描信号，它通过计算机测算3个场（现在的场和之前、之后的场）之间的10条扫描线最大相关的影象数据，求出内插的像素数据。这样实现了清晰、自然的活动画面。

2、只有变频扫描

一些变频彩电只将场频从50Hz变到60Hz、75Hz或100Hz三种，而没有进行逐行转换，这类彩电只克服了图像大面积闪烁，而不能克服扫描行间闪烁和行结构线过于明显的缺陷。

3、扫描分开

还有一些彩电采用改良的100Hz技术，机内有100Hz隔行和50Hz逐行两个选项，但100Hz和逐行扫描无法同时实现。这种彩电中逐行扫描的场频仍然是50Hz，与人眼对闪烁的敏感频率比较接近，所以观看PAL制彩色电视节目时会感觉到大面积闪烁，屏幕上出现亮色画面时闪烁尤其明显，100Hz隔行扫描同样存在扫描行间闪烁和行结构线过于明显的缺陷。

优点逐行扫描独有非线性信号处理技术将普通隔行扫描电视信号转换成480行扫描格式，帧频由普通模拟电视的每秒25帧提高到60至75帧，实现了精确的运动检测和运动补偿，从而克服了传统扫描方式的三大缺陷。我们可以来做个比较，在50分之一秒的时间内，隔行扫描方式先扫描奇数行，在紧跟着的50分之一秒内再扫描偶数行，然而逐行扫描则是在50分之一秒内完成整幅图像的扫描。经逐行扫描出来的画面清晰无闪烁，动态失真较小。若与逐行扫描电视、数字高清晰度电视配合使用则完全可以获得胜似电影的美妙画质。1

隔行扫描隔行扫描就是每一帧被分割为两场，每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行，通常是先扫描奇数行得到第一场，然后扫描偶数行得到第二场。

概论无论是逐行扫描还是隔行扫描，都有视频文件、传输和显像三个概念，这三个概念相通但不相同。最早出现的是隔行扫描显像，同时就配套产生了隔行传输，而隔行扫描视频文件是到数字视频时代才出现的，其目的是为了兼容原有的隔行扫描体系（隔行扫描就是还依然在广泛应用）。

通常显示器分隔行扫描和逐行扫描两种扫描方式。逐行扫描相对于隔行扫描是一种先进的扫描方式，它是指显示屏显示图像进行扫描时，从屏幕左上角的第一行开始逐行进行，整个图像扫描一次完成。因此图像显示画面闪烁小，显示效果好。先进的显示器大都采用逐行扫描方式。

由于视觉暂留效应，人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧半帧的图像。但是这种方法造成了两幅图像显示的时间间隔比较大，从而导致图像画面闪烁较大。 因此该种扫描方式较为落后，通常用在早期的显示产品中。

先说隔行扫描显示。

众所周知，帧率只要达到24fps就达到流畅，电影就是按这个标准执行的。但是考虑到交流电频率50或60Hz，电视标准制订者确定了25或30fps的帧率。如果电视机采用逐行扫描，每秒扫描25或30帧行不行呢？理论上可以，但实际不行。原因在于，在电子束的照射下，CRT的荧光粉会立即发光，但只要电子束一离开，几乎瞬间就会暗下来。人眼虽然看不到这么明显的变化，但仍然会有亮度衰减的感觉。可以想象，如果采用30p扫描方式显示，当电子束从屏幕的上半部分移到下半部时，屏幕上半部分的亮度就有了可以观察到的衰减，于是画面下半部分显得更亮。这只是一个瞬间，事实上最亮的部分（当然就是电子束刚经过的区域）会不断移动，从而产生闪烁现象。这种现象你也见过，就是在电视上看见CRT电脑显示器那种感觉。

为了解决这个问题，最佳的办法是加倍刷新率，改成60p扫描，将每幅画面扫描2次，因为在60分之一秒内，人眼能感觉到的亮度衰减就很小了。可是这样做，单位时间内扫描的总行数会加倍，那么水平扫描的速度就要加快。如此一来技术要求就会过高，以当时的条件做不到。于是标准制订者想到了一个折衷的办法，先花60分之一秒扫描奇数行（上场），然后再用后60分之一秒扫描偶数行（下场），两者互补成完整的画面。虽然扫描下场时，上场的亮度衰减了，但是由于亮暗的部分交织在一起，反而不易察觉。

（注:后来都实现了，几年前的CRT显示器刷新率普遍达到85Hz，有的甚至达到120Hz，某些电视机也能进行逐行显示。）

发展到固定像素设备（如液晶、等离子等），因为所有的点都是同时发光，且亮度始终固定，不存在CRT遇到的相关问题，所以一些平板电视能支持24p显示，而以前CRT是不可以的。

扫描区别每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成，这种扫描方式称为逐行扫描。把每一帧图像通过两场扫描完成则是隔行扫描，两场扫描中，第一场（奇数场）只扫描奇数行，依次扫描1、3、5…行，而第二场（偶数场）只扫描偶数行，依次扫描2、4、6…行。隔行扫描技术在传送信号带宽不够的情况下起了很大作用，逐行扫描和隔行扫描的显示效果主要区别在稳定性上面，隔行扫描的行间闪烁比较明显，逐行扫描克服了隔行扫描的缺点，画面平滑自然无闪烁。在电视的标准显示模式中，i表示隔行扫描，p表示逐行扫描。

传输概念模拟电视是靠连续变化的电流传输信号，只要接收到信号，CRT就会随着信号电流开始扫描。先扫描上场，信号线就要先传输上场信号，等上场传输完成后才开始传输下场信号。每秒传输60个场，即所谓的60i传输模式。后来又出现了逐行扫描显像，也就跟着有了逐行传输。例如60p的显示要求每秒传输60个完整帧，换算一下就是每秒要传输120个场。所以60p传输需要60i所需的两倍带宽，这对接口的要求就比较高，模拟接口中只有色差（专指YPbPr；YCbCr是隔行信号）和VGA可以实现。

如果你有一个30p的片源，你应该用1080p规格传输。那么1080i是不是就一定不行呢？那还真不是。理论上只要你的电视机足够聪明，对于30p的片源，使用60i传输也能完全达到60p的水平，没有差异。理论基础是:每秒传输60个场，和每秒传输30个帧可以等效，每秒传输60个场相对于每秒传输30个帧来说并没有什么损失。

平板电视属于固定像素设备，所有点同时发光。不同于CRT的接到信号即时扫描显像，平板电视必须接到那一帧或那一场的全部信号后才可以显示。常规情况下会相对于信号发出时刻，平板电视会延迟1/60播出。我们可以想见，既然可以等到上场信号全部传过来后，立即显示奇数行，为什么不能继续等，等到下场信号也全部传输过来后再一并显示全帧？这样不就能达到逐行扫描画质了？事实上这是完全可以的。

视频文件摄像机的采像，从一开始其实不存在扫描，因为无论是胶片还是电子原件都是同时受光的。但是，要读取感光器上的信息（其核心任务将画面采样为YUV/RGB电信号），还是要靠扫描，于是读取每个像素的顺序就必须考虑。可以采取按顺序依次读取（逐行方式），也可以每行按顺序读取，但是先读完所有奇数行再读偶数行（隔行方式）。为了兼容电视机的隔行扫描体系，过带机（将胶片上的画面采样为YUV/RGB电信号并保存在磁带上的机器）和有些摄像机是隔行扫描制式的。当然也有逐行制式的产品。

当人们学会用电子原件感光和用数字化的计算机文件保存视频时，数字摄像机就实用化了。事实上用数字信息保存的依然是YUV/RGB电信号，只是变换了个介质，本质上没什么区别（这里指的是未压缩的视频，经过压缩后就大不一样了）。

但在计算机中，不管接到的是逐行还是隔行信号，都会按顺序逐一写入文件，不特别区分。如此一来，计算机上的视频，以逐行和隔行信号为讯源的文件肯定有区别，它们分别称为逐行扫描和隔行扫描视频。

反交错有交错就有反交错，这里提及一下。并非所有隔行扫描视频都要进行反交错处理，只有那些存在交错的视频才需要这么做。所以大多数PAL DVD的Rip工作理论上是可以直接跳过反交错步骤（实际仍然需要修正意外的交错帧）。

反交错主要分为场匹配反交错（IVTC）和Deinterlace。场匹配反交错，如果是上场优先，先指定本帧的上场，通过对比它与前一帧、本帧和下一帧的下场的耦合度，力求能把原本属于同一幅画面的上下场找到并重新组合到一起。而Deinterlace是基于单个的帧，将其处理成你看不出交错的程度，并非还原，跟原画面还是有不一样的。对于3:2pulldown的视频，采取的一般为IVTC，具体过程如下

H1=tG1+bG1=tF1+bF1

H2=tG2+bG1=tF1+bF1

H3=tG3+bG2=tF2+bF2

H4=tG4+bG3=tF3+bF3

H5=tG5+bG5=tF4+bF4这样一来，H1和H2重复了，采用删帧程序删掉其中一个即可。这样就把3:2pulldown还原成24fps的逐行扫描视频，可以在计算机上播放了。（25i/30i的视频则通常使用Deinterlace处理。）2

本词条内容贡献者为:

方正 - 副教授 - 江南大学